KR920010057B1 - 방 전 관 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

방전관

제1도는 본 발명의 제1실시예를 나타낸 도면.

제2도 내지 제4도는 각각 본 발명의 제1실시예의 변형예를 나타낸 도면으로서, 제3도 및 제4도는 변형부분만을 나타낸 도면.

제5도는 본 발명의 장점을 설명하기 위한 그래프.

제6도는 본 발명의 제2실시예를 나타낸 사시도.

제7도 및 제8도는 각각 본 발명의 제2실시예의 변형예를 나타낸 부분 사시도.

제9도는 본 발명의 제3실시예를 나타낸 사시도.

제10도는 본 발명의 제3실시예의 변형예를 나타낸 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 유리관 1a,1c : 상면유리판

1b,1d : 하면유리판 1e,1f : 유리판

2,2a－2f : 소결금속전극(글로방전용 전극)

3,3a－3e : 필라멘트코일전극(아크방전용 전극)

3f : 텅스텐와이어전극 4 : 형광막

5,6,X,Y,Z : 방전공간 7 : 막대형부재

8,10 : 리드와이어 9 : 트리거용 도포

9a : 트리거용도전판 11 : 교류전원

11′: 유리틀공간 12a,12d : 립(rib)

13,8a : 단판 E,Ea : 전극어셈블리

A,B : 간격

본 발명은 열전자의 방출증대로 인해 방전전류가 증가하면 관 전압이 증가하는 정글로방전특성 뿐만 아니라 관전압이 감소하는 부아크 방전특성을 갖는 방전관에 관한 것이다.

냉음극관이나 열음극관 및 반열음극관을 방전관 응용에 이용하는 것이 알려져 있는바, 그중 냉음극관은 정방전특성을 가지며 수명이 길고, 전력소모 및 열낭비가 적으며, 점등 및 소등하기 쉬운 능력을 갖고 있다는 장점이 있는 반면에 밝기가 낮은 단점이 있다. 그리고 형광등으로서 알려져 있는 열음극관은 부열전자 방전특성을 가지며 밝기가 높은 장점이 있으나, 수명이 짧고, 전력소모 및 열낭비가 크며, 단독으로는 켜고 끌 수 없는 단점이 있다. 한편 반열음극관은 필라멘트 전극이 외부회로에 의해서는 에너지를 받지 못하도록 배열되어 있기 때문에 에너지를 받은 후 바라는 밝기에 이르는데에는 비교적 긴시간이 요구되는 단점이 있을 뿐만 아니라 반열음극관은 수명과 밝기의 면에서 비실용적이다.

일본국 특허출원번호 소63-172761호에서 본 발명자는 냉음극관의 부방전 특성과 열음극관의 정방전특성을 겸한 방전특성을 갖는 유형의 방전관을 제안한 바 있다. 특히 제안된 방전공간에서 서로 대향하여 배치된 전극어셈블리의 쌍으로 이루어지며, 전극어셈블리 각각은 컵형전극 내에 배치된 글로방전용 컵형전극과 아크방전용 필라멘트 전극을 포함한다. 이러한 배치는 글로방전으로 긴 수명을 유지하고, 아크방전으로 초고휘도를 실현하기 위한 것이다. 더구나 이와 같은 방전관은 방전상태를 안정되게 유지하기 위해 방전전류를 제어하는 자동제어회로를 반드시 설치할 필요가 있다. 이러한 형태의 방전관에서는 열전자의 방출로 인해 점등 후 수시간후에 글로방전용 컵형전극의 온도가 상승하고, 글로방전으로부터 아크방전으로의 천이가 발생이하게 되어 결국 스네킹(snaking) 또는 플리커링(flickering)같은 형상이 일어나서 방전이 불안정하게 된다.

이러한 이유 때문에 상기한 전자제어회로가 방전전류를 제어하기 위해 사용된다. 그에 따라 방전관의 가격이 상기 제어회로의 필요로 인해 비싸게 될 뿐만 아니라 제어회로 조차도 여전히 고주파의 플리커(flicker)를 완전히 제거하기는 어렵다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 문제점들을 해결할 수 있는 방전관을 제공함에 주된 목적이 있으며, 부차적으로 글로방전용 전극의 온도가 상승하여 글로방전으로부터 아크방전으로 천이되지 않으면서 아크방전 및 글로방전의 두 기능을 모두 갖는 고휘도, 긴 수명의 방전관을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 적어도 일부가 유리벽으로 형성되어 가스가 채워진 방전공간내에 대향전극 어셈블리쌍의 배치된 방관에 있어서, 상기 전극어셈블리의 각각은 전자를 방출하는 소결금속전극(sintered metallic electrode)과 열전자 방출용 산화물이 도포된 필라멘트 전극을 갖추고 있으며, 소결금속 전극과 필라멘트전극은 서로 인접하여 배치하고, 전기적으로 병렬접속하여서 구성된 것을 특징으로 하는 방전관을 제공하는 것이다.

상기 대향전극 어셈블리 각각은 방전공간의 양끝에 배치되고, 글로방전용 전극과 아크방전용 전극이 병설되어 있기 때문에 동일 고주파 전원으로부터 전압이 이들 전극 들로 공급될때 고휘도의 아크방전 및 글로방전이 방전공간 내에서 동시에 안정되게 일어나서 35,000Nt이상의 초고휘도가 아크방전 및 글로방전의 공동효과에 의해 얻어지게 된다.

여기서 Nt의 단위는 cd/㎥이다. cd는 칸델라(candela), m은 미터(meter)임＞.

예컨데 만일 니켈과 같은 금속이 글로방전용 전극으로 사용된다면, 약 3mA의 전류레벨에서는 글로방전용 전극들의 방전특성이 아크방전영역으로 들어가서 글로방전은 불안정하게 된다. 이와는 다르게 본 발명에 따른 상기한 장치는 전류가 증가하여도 안정된 글로방전이 얻어지게 되어 글로방전만으로 10,000Nt의 휘도를 실현할 수 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

제1도는 본 발명에 따른 방전관의 제1실시예를 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이 막대형 소결금속전극(2)과 필라멘트코일전극(3)이 대략 6mm의 직경과 260mm의 길이를 갖는 투명한 유리관(1)의 끝 각각에 배치되고, 비접속 상태로 서로 근접해서 평행하게 배치되어 있다. 그리고 막대형 소결금속전극(2) 각각은 2mm의 직경과 6mm의 길이를 갖는 것으로서 텅스텐 분말과 지르코늄 및 니켈에 탄산바륨을 혼합하고, 가압혼합물을 형성하여 형성된 혼합물을 소결함으로써 형성하게 된다. 또한 필라멘트코일전극(3) 각각은 좋은 전자 방출특성을 갖는 것으로서, 텅스텐와이어의 겉표면상에 수산화 바륨의 용액을 도포하고, 그것을 소성하여 탄산바륨을 도포한 것을 코일로서 형성하게 된다. 유리관(1)내의 이들 전극(2,3) 각각은 텅스텐 와이어 혹은 막대형 부재(7)에 의해 지지되며, 텅스텐 막대형 부재(7)를 통해 리드와이어(8)의 일단에 접속되고, 상기 리드와이어(8)의 각 일단은 유리 끝벽을 통해 유리관(1)내로 연장되어 있다. 유리관(1)의 내면은 형광막(4)으로 도포되어 있고, 이 유리관(1)의 내부는 압력 30torr로 가압된 아르곤가스(6)와 함께 5mg의 수은으로 채워지게 된다.

유리관(1)의 외부표면상에는 그것의 길이를 따라 트리거용도료(9)가 도포되고, 리드와이어(10)는 트리거용 도료(9)로부터 인출되어 유리관(1)의 일단으로부터 인출된 리드와이어(8)에 접속되며, 각 리드와이어(8)의 타단은 교류전원(11)에 접속되어 있다.

제2도는 제1도에 도시한 제1실시에의 일변형예에 따른 방전관을 나타낸 것으로, 제2도에서 제1도에 도시한 것과 동일한 소자를 나타내는데 동일한 참조부호를 사용했다. 이 변형예는 각 필라멘트코일전극(3a)이 대응하는 막대형 소결금속전극(2a)을 비접속상태로 둘러싸도록 배치되어 있는 것이 상기 제1실시예와 다르다.

예컨데 만일 발진주파수가 40KHz 이고 유효전압이 1,500V인 정현파를 방전관의 양단에 있는 리드와이어로 인가하면, 방전전류가 20mA이고, 휘도가 35,000Nt인 매우 안정된 방전이 실현될 수 있다. 각 전극어셈블리에 인접한 방전관의 관벽 부분의 온도는 대략 실온보다 15도 정도 높고, 발열량은 종래 장치에 비해 감소시킬 수 있다. 따라서 소비전력의 감소가 가능할 뿐만 아니라 방전을 안정되게 하는 제어회로가 필요없기 때문에 방전관 구동회로를 간단하게 구성할 수 있다.

제3도는 제1실시예의 다른 변형예를 나타낸 것으로, 상기한 제2도에 도시한 것과 상이한 전극어셈블리만을 나타냈다. 이 변형예는 필라멘트 코일전극(3b)으로 막대형 소결금속전극(2b)을 둘러싸는 점은 제2도의 변형예와 유사하나 필라멘트코일전극(3b)은 링조각이 각각 바로 옆에 인접한 링 조각과 접속한 상태로 지탱되는 컵형으로 조밀하게 감겨져 있는 것이 상이하다.

제4도는 제1실시예의 또 다른 변형예를 나타낸 것으로서, 상기한 제3도에 도시한 것과 상이한 전극어셈블리만을 나타냈다. 도시된 전극어셈블리에서 글로방전용 소결금속전극(2C)이 컵형으로 형성되고, 아크방전용 필라멘트코일전극(3C)이 전극어셈블리의 축을 따라 곧장 연장되어 있다. 컵형 전극(2C)은 밑바닥 부분을 갖는 속이 빈 원통형으로 형성하여도 좋다.

제1실시예에 따른 방전관은 어느 것이나 유리관의 직경이 약 4mm∼10mm정도인 것이 바람직하다.

제4도에 나타낸 소결금속전극 대신에 감긴 와이어의 겉표면 상에 니켈 또는 텅스텐 분말을 도포한 니켈 또는 텅스텐 와이어를 제3도에 나타낸 필라멘트코일전극(3b)과 유사하게 조밀하게 감아 형성한 전극을 사용할 수도 있다. 이 경우 필라멘트코일전극(3C)은 형성된 소결금속전극의 중앙에 위치시킨다.

[예1]

정현과 발진전압을 하기의 조건하에서 제2도에서 나타낸 방전관에 인가하였다.

채워진 가스:50torr압력의 아르곤가스에 수은 5mg을 첨가한 혼합기체;

발진주파수:40KHz

주위온도:실온(15C)

제5도에 나타낸 전압(V)과 방전전류(mA)사이의 관계는 전압(V)을 0V로부터 점차적으로 상승시켜 얻어진 것인 바, 제5도로부터 명백한 바와 같이 400Vrms일때 대향한 소결금속전극들 사이에서 글로방전이 일어나기 시작한다. 또한 필라멘트코일전극들은 대략 500Vrms에서 방전하기 시작하며, 비록 전압이 500Vrms이상 상승하더라도 소결금속전극들 사이에서는 정방전 특성이 유지되었다. 즉, 글로방전이 500Vrms 이상의 전압레벨에서 까지 유지되고 있음이 입증되었다. 게다가 500Vrms 이상의 저압레벨에서 필라멘트코일전극들 사이에서 부방전특성이 얻어지게 되어 아크방전이 유지되는 것도 입증되었다.

상기한 것으로부터 분명한 바와 같이 글로방전과 아크방전의 두종류방전이 하나의 방전관 내에서 실현되기 때문에 초고휘도를 달성할 수 있다. 또한 필라멘트코일전극들이 글로방전에 의해 가열되기 때문에 아크방전을 비교적 낮은 전압의 사용으로 발생시킬 수 있다. 뿐만 아니라 두 종류의 전극들이 비접속 상태로 배치되기 때문에 소결금속전극들이 인접한 필라멘트코일전극 들에서 발생된 열에 의해 가열되지 않는다.

따라서 소결금속전극들에서 일어나는 열폭주가 없으므로 글로방전이 아크방전으로 천이되지 않아 글로방전을 소결금속전극들 사이에서 높은 안전성을 유지하게 된다.

그리고 필라멘트코일전극들 각각에는 바륨(Barium), 스트론튬(Strontium) 혹은 그와 유사한 물질과 같은 활성화 산화물을 도포해서 열전자의 방출을 가속하게 하고 있기 때문에 이온충격 또는 가열시에 증발박리로 인해 비산한 미립자가 방전관의 내부벽상에 부딪혀 흑화현상을 일으키게 된다.

그러나 만일 제4도에 나타낸 컵형소결금속전극이 채용된다면, 비산된 미립자들이 컵형소결금속전극의 내부벽에 달라붙고, 부착된 미립자들 또는 활성화 산화물이 재생으로 다시 이용가능하게 된다. 뿐만 아니라 방전관의 내부관벽에 비산된 미립자가 달라붙는 형상을 저감함으로써 흑화현상을 방지할 수 있기 때문에 방전관의 수명을 연장시킬 수 있다. 본 발명자가 이러한 전극어셈블리를 구비한 방전관으로 수명시험을 해보니 흑화현상은 대략 10,000시간이 지난 후에도 사실상 관찰되지 않았다.

제6도는 본 발명의 제2실시예를 나타낸 것으로서, 제2실시예에서 평형 방전판으로 이루어진 방전관은 평형 상자처럼 구성되었음을 보여준다.

상기한 방전판은 상면 유리판(1a)과 하면 유리판(1b) 및 유리틀공간(11′)을 포함한다. 유리판(1a,1b)각각은 형광막으로 도포된 하나의 표면을 가지며, 도포된 표면이 서로 대향하도록 쌍이게 된다. 또한 상기 유리틀공간(11′)은 상면 및 하면 유리판(1a,1b)사이에 삽입되며, 상기 유리판(1a,1b) 및 유리틀공간(11′)은 유리땜 납으로 접착되어 방전공간을 형성하게 된다. 방전공간내에는 수십 torr의 압력으로 가압된 아르곤가스(5)에 수 mg의 수은을 가한 혼합물로 이루어지는 방전가스로 채워져 있다. 막대형 소결금속전극(2d)과 필라멘트코일전극(3d)이 방전공간의 끝 각각에 서로 근접해서 평행하게 배치되는데, 필라멘트코일전극(3d)은 좋은 전자방출특성을 갖는 금속산화물로 도포되어 감겨진 텅스텐 코일의 막대형 구성으로 형성되어 있다. 트리거용 도전판 또는 막(9a)은 하면유리판(1b)의 외부표면에 접착되어 있다.

상기한 구성을 갖는 방전판도 또한 제2도에 나타낸 방전관과 같은 특성을 나타낸다. 특히 상기 제2실시예와 함께 다음의 장점을 갖는 면광원을 제공할 수 있다.; 글로방전 및 아크방전이 공존하고 초고휘도와 긴수명 및 저전력 소모를 실현할 수 있고 점등 및 소등이 용이하며 발열양이 적고, 고안정동작이 보장된다.

제7도는 제6도에 나타낸 제2실시예의 변형예를 나타낸 것으로, 상기 제2실시예에서 사용된 것과 상이한 전극어셈블리만을 도시한 것인 바, 도시된 전극어셈블리는 글로방전용 소결금속전극(2e)의 주위에 아크방전용 필라멘트코일전극(3e)이 비접촉상태로 감겨져 있다.

제8도는 제2실시예의 다른 변형예를 나타낸 것으로서, 반원통형 소결금속전극(2f)의 종측선을 따라 아크방전용 텅스텐와이어전극(3f)이 배치된 구성으로 되어 있다. 이러한 변형예도 물론 제4도에 나타낸 방전관과 동일한 장점들을 달성할 수 있다.

제9도는 본 발명 방전관의 제3실시예를 나타낸 것인바, 이 제3실시예는 상면유리판(1c)과 하면유리판(1d)이 각각 그 내면상에 형성된 립(12a,12b:rib)을 가진다는 점을 제외하고 제6도의 실시예와 대체로 동일하다. 상기 제2실시예가 대략 4mm의 판두께를 갖는 유리판으로 이루어지는 우편엽서 크기의 면광원을 얻을 수 있음을 설명한 바 있다. 더구나 만일 크기가 더 증가하게 된다면, 유리판의 두께도 물론 비실용적인 크기로 증가하게 된다. 그렇지만 만일 립(12a,12b)이 제2실시예에서 형성된다면, 상면 및 하면유리판(1c,1d) 각각의 강도를 상당한 크기로 증가시킬 수 있어서 가벼운 무게와 상당히 큰 크기를 갖는 면광원을 얻을 수 있다.

또한 만일 립(12a,12b)의 선단과 대향하는 유리판의 내면 사이의 간격(A,B)이 각각 약 0.1mm∼0.5mm에서 선택된다면, 간격(A,B)사이에서의 방전임피던스는 높게되고, 방전공간은 실질상 다수의 소방전공간(X,Y,Z)으로 분할된다. 그러므로 소방전공간(X,Y,Z) 각각의 양 대향선단에 제4도에 나타낸 것과 마찬가지로 전극어셈블리(E)를 배치함으로써 다수의 방전관이 평행하게 배치된 것과 같은 구성의 방전관이 얻어지게 된다. 이러한 장치에 의해 아크방전은 각각의 소방전공간에서 확실하게 발생되어 아크방전이 특정한 대향전극 하나에 집중되는 현상(이러한 현상은 주로 5c)이하의 온도에서 쉽게 발생한다)을 방지할 수 있다. 더구나 립(12a,12b)을 포함한 유리판 내면에 형광막이 도포되어 있기 때문에 각 립들에 대응하는 유리판의 표면 부분을 흐려지지 않는다. 뿐만 아니라 이 립의 구조에 의해 형광면으로 된 영역이 증가하기 때문에 면광원의 전체 휘도는 상승하게 된다. 제9도에서 참조부호 13은 이루어진 단판을 나타내며, 이 단판(13)을 리드와이어(8)가 관통해서 대응하는 전극어셈블리(E)를 지지하게 된다.

제10도는 립(12c,12d)이 각각의 유리판(1e,1f)상에 조밀하게 형성된 경우의 제3실시예의 변형예를 나타낸 것이다. 이러한 장치에 있어서, 전극어셈블리(Ea)는 각각 제8도에 나타낸 것과 마찬가지로 배치함으로써 다수의 전극어셈블리쌍이 각각 소방전공간에 배치된다. 단판 각각은 전극 어셈블리(Ea)를 수용하도록 홈통같은 구성을 갖는다. 또한 이러한 장치에 있어서도 제9도의 방전판과 같은 방전특성이 얻어지게 된다.

더구나 글로방전용 전극으로서는 소결금속이 사용되지만, 비록 휘도가 어느정도 낮지만 니켈도 사용가능하다.

상기한 설명으로부터 명백한 바와 같이 글로방전에 의해 필라멘트코일 전극들이 가열되기 때문에 열전자의 방출이 가속되어 신속한 점등(수십초)이 가능하게 된다.

또 활성화 산화물이 재생되어 다시 이용할 수 있으며, 흑화현상이 억제될 수 있기 때문에 20,000시간 정도의 긴 수명을 실현할 수 있다.

또한 글로방전과 아크방전 쌍방이 공존하기 때문에 대략 35,000Nt정도의 초고휘도를 실현할 수 있다.

그리고 아크방전용 전극들은 전극어셈블리 자체로 각각 가열할 수 있으므로 특별히 외부예열장치를 필요로 하지 않으며, 전력소모도 상당한 정도로 감소시킬 수 있고, 발열양도 감소시킬 수 있다.

뿐만 아니라 글로방전용 전극들이 아크방전의 상태로 천이하지 않으므로 안정된 방전을 달성할 수 있다.

Claims (12)

1. 적어도 부분적으로 유리로 형성되는 균일한 횡단면형상을 갖는 판 같은 가스와 채워진 방전공간을 규정하는 주위의 벽과; 제1,제2대향전극 어셈블리 각각이 중심축과, 축방향과 마주보는 열려진 단부 및 닫혀진 단부를 갖는 컵형 글로방전용 전극과; 상기 글로방전용 전극의 중심축을 따라 글로방전용 전극과 일정한 공간을 유지하도록 배치되고 열전자를 방출하는 물질이 도포된 아크방전용 전극을 가지며; 상기 제1대향 전극어셈블리의 글로방전용 전극 및 아크방전용 전극이 두 컵형 글로방전용 전극의 열려진 단부가 서로 마주보도록 제2대향전극 어셈블리의 글로방전용 전극 및 아크방전용 전극에 대향하여 배치되며, 상기 아크방전용 전극 각각이 열전자를 방출하는 물질로부터 방출된 증기가 컵형 글로방전용 전극내에서 실제로 완전히 포획되는 조건에서 상기 닫혀진 단부에 의해 지지되는 기부와 대응하는 글로방전용 전극의 열려진 단부로 부터 내부에 위치하는 말단부를 가지도록 하여 가스가 채워진 방전공간의 양단에 각각 배치한 제1,제2 대향전극 어셈블리 및; 상기 제1,제2전극어셈블리 사이에 전압을 인가하기 이해 일단이 제1대향전극 어셈블리에 접속되고, 타단이 제2대향전극 어셈블리에 접속된 교류전원으로 구성되어 아크방전용 전극에서 나온 열에 의해 글로방전용전극이 가열되는 것을 방지하여 아크방전이 일어나고 있는 동안에 글로방전을 안전하게 지속시킬 수 있음을 특징으로 하는 방전판.
2. 제1항에 있어서, 글로방전용 전극이 막대형 전극(2a)이고, 아크방전용 전극이 상기 막대형전극 주위를 휘감은 코일전극(3a)인 방전관.
3. 제2항에 있어서, 코일전극(3a)이 원추형(2b)인 방전관.
4. 제1항에 있어서, 글로방전용 전극이 원통형전극(2e)이고, 아크방전용 전극이 상기 원통형 전극을 둘러싸는 코일전극(3e)인 방전관.
5. 제1항에 있어서, 글로방전용 전극이 원추형전극(2c)이고, 아크방전용 전극이 상기 원추형전극의 중앙에 배치되는 코일전극(3c)인 방전관.
6. 제1항에 있어서, 아크방전용전극이 코일전극이고, 글로방전용전극이 상기 아크방전용 전극을 둘러싸는 코일전극인 방전관.
7. 제6항에 있어서, 글로방전용 전극이 원추형(2c)인 방전관.
8. 적어도 일부가 유리로 형성되는 주위벽으로 결정되고 상기 주위벽 상에 필수적으로 세로로 연장하여 형성된 립(12a∼12d)들로 분할되는 가스가 채워진 방전공간과 각 대향전극 쌍이 상기 방전공간내의 각각에 배치되는 다수의 대향전극 어셈블리쌍 및 리드와이어의 매개물을 통해 상기 대향 전극어셈블리쌍 각각의 일단과 타단에 접속되는 교류전원을 포함하는 방전관에 있어서, 상기 대향전극어셈블리 각각이 전자를 방출하는 글로방전용 전극과; 산화물이 도포되고 상기 글로방전용 전극에 인접해서 배치되는 아크방전용전극으로 구성되어 상기 대응되는 리드와이어 수단으로 서로 전기적으로 병렬접속된 글로방전용전극과 아크방전용 전극에 의해 열전자를 방출하는 방전관.
9. 제8항에 있어서, 글로방전용전극이 막대형전극(2a)이고, 아크방전용전극이 상기 막대형전극 주위를 휘감은 코일전극(3e)인 방전관.
10. 제9항에 있어서, 코일전극(3a)이 원추형(2b)인 방전관.
11. 제8항에 있어서, 글로방전용전극이 원통형전극(2e)이고, 아크방전용 전극이 상기 원통형전극을 둘러싸는 코일전극(3e)인 방전관.
12. 제8항에 있어서, 글로방전용전극이 원추형전극(2c)이고, 아크방전용전극이 상기 원추형전극의 중앙에 배치되는 코일전극(3c)인 방전관.

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